图像加密域可分离可逆信息隐藏算法的系统设计与实现

改进了一种图像加密域可分离可逆信息隐藏的算法,设计并实现了一个图像加密域的可分离可逆信息隐藏软件系统。在此系统中,内容拥有者对未压缩的原始图像使用加密密钥进行加密。然后,信息隐藏者使用信息隐藏密钥把加密图像的最低位平面进行压缩,在压缩所得的空余空间里嵌入额外数据。最后得到包含嵌入信息的加密图像：拥有信息隐藏密钥的接收方,尽管不知道原始图片内容也可以提取出隐藏信息;拥有加密密钥的接收方可以获得原始图像的近似图,但是不能提取隐藏信息;如果同时拥有加密密钥和信息隐藏密钥,那么既可以提取出隐藏信息,也可以利用自然图像的空间相关性恢复出图像的相似图像。实例测试的结果表明,算法具有嵌入容量大、操作更灵活的优点。     

抵抗唯密文攻击的可分离加密域可逆信息隐藏

为提高密文图像安全性和算法的可逆性,提出一种抵抗唯密文攻击的可分离加密域可逆信息隐藏算法.图像拥有者将图像不重叠地分块后,采用不同密钥分别异或加密块内像素的高3位和低5位,再进行块置乱得到密文图像.信息隐藏者利用像素波动性和无损压缩技术获得较大的嵌入容量,以位翻转方式隐藏附加信息,并通过记录像素波动性实现算法的完全可逆.图像接收者既可无差错提取信息,又可无损恢复原始图像.选取Uncompressedcolor image database图像集中的图像进行实验,结果表明,在数量为20, 50, 70, 100的密文图像集上实施唯密文攻击所得流密码正确率均为50%左右,有效地提高了算法抵抗唯密文攻击的能力;与3种同类算法相比,该算法的隐藏容量分别提升了145.69%, 148.21%, 240.85%,且得到的解密图像质量均提高约5 dB.     

基于Paillier的可分离密文域可逆信息隐藏

为了提高信息嵌入率和实现直接解密后无损恢复原始图像,提出了基于Paillier的可分离密文域可逆信息隐藏算法.首先图像拥有者利用Paillier算法对图像进行加密后上传云服务器;而后信息隐藏者在云服务器中生成三个零矩阵,通过构造尺寸大小为2×2的填充分块进行信息嵌入;接收方根据不同的密钥,实现信息提取与图像解密的可分离.实验结果表明,相比于传统的可逆嵌入算法,该算法直接解密后不会存在失真的现象,并且最大嵌入率可达到2 bpp.     

可分离的密文域可逆信息隐藏

该文提出了一种可分离的密文域可逆信息隐藏方案,通过对LWE(Learning With Errors)公钥密码算法加密后数据的再编码,在密文的可控冗余中嵌入隐藏信息。嵌入信息后,使用隐写密钥可以有效提取隐藏信息,使用解密密钥可以无差错恢复出加密前数据,提取过程与解密过程可分离。理论推导论证了本方案信息提取过程与嵌入后明文解密过程的可分离性与结果的正确性,仿真实验结果表明与现有算法相比,本方案在实现可分离的的密文域可逆信息隐藏的基础上充分保证了密文域隐写后的可逆性,并且方案的实现与原始载体种类无关,适用性较强。     

基于加法同态加密与多高位嵌入的加密域图像可逆信息隐藏

密文域图像可逆信息隐藏将图像加密和可逆信息隐藏相结合,可提升图像网络传输的安全性和信息传输效率。然而,对于密文图像可逆信息隐藏,常规的逐位流加密会破坏图像的空间相关性,影响预留嵌入空间。提出基于加法同态加密与多高位嵌入的加密域图像可逆信息隐藏方法,通过加密预留空间。将原始图像划分为无重叠的块,同一个块采用相同的密钥进行加法同态加密,尽可能地将原始图像子块内像素相关性转移到加密后图像对应的子块中。为了提升安全性,加密后的图像再逐块进行Arnold置乱。依据块内像素与预测值之间的差值,确定该块是否嵌入信息及嵌入容量。对于可嵌入的块,利用少量的像素低位保存预测差值以保证图像可逆,冗余的多高位则以位替换的方式嵌入秘密信息。针对多高位预测可能错误的问题,设计一个依据预测差值大小腾出高位的嵌入位置选择策略,使得越接近的像素值能预留越多的高位空间。在解密阶段,秘密信息能够无误地从子块内像素的多高位提取,图像内容也能根据嵌入的多高位的数量、预测值以及预测差值实现无损恢复。实验结果表明,所提方法对广泛使用的BOWS-2数据集的图像平均嵌入容量可达2.58 bit/pixel,优于其他的同类方法。     

密文域可逆信息隐藏综述

可逆信息隐藏是信息隐藏技术的新兴研究方向,密文域可逆信息隐藏作为加密域信号处理技术与信息隐藏技术的重要结合点,对于数据处理过程中的信息安全可以起到双重保险的作用,尤其随着云服务的推广,密文域可逆信息隐藏是实现云环境下隐私保护的研究重点之一。针对当前密文域可逆信息隐藏技术的技术要求,介绍了该技术的产生发展背景,指出并分析了当前的技术难点,通过对各种类型代表性算法的研究,对密文域可逆信息隐藏技术进行了系统的分类,分析了不同嵌入方式的技术特点、实现框架与应用上的局限性。最后,结合密文域可逆信息隐藏的技术需求与难点,提出几点该领域未来的热点方向。     

基于预测误差编码的加密域可逆数据隐藏算法

为提高加密图像可逆数据隐藏的嵌入容量与安全性,提出一种改进的加密域可逆数据隐藏算法.以分块加密方式保留图像块内相邻像素间的相关性,利用多元线性回归模型对图像块内特定像素进行预测,同时以位替换方式将预测误差码元和秘密信息同时嵌入目标像素中,通过差分对称编码提升编码效率并扩展嵌入空间,使得接收者在仅拥有加密密钥和嵌入密钥的...     

基于位平面无损压缩的密文域可逆信息隐藏

针对密文域可逆信息隐藏算法中嵌入率不高,可逆性不强,鲁棒性差的问题,提出一种密文图像位平面无损压缩的可逆信息隐藏算法。首先介绍二进制数据位压缩编码方式,使用该方式将低位平面信息存储于压缩后的高位平面中。而后加密图像,采用比特替换的方式在低位平面嵌入秘密信息,最后按位重组图像。接收方提取秘密信息和恢复图像的操作相互独立。实验证明,该算法具有较高的嵌入率,可逆恢复的载体图像质量较好,能够有效抵抗一定程度的噪声及数据丢失攻击。     

基于差值直方图平移的密文域可逆信息隐藏算法

目前的差值直方图平移算法多数存在嵌入容量偏低的缺点,因此,在信息隐藏算法的基础上,提出一种大容量的密文域可逆信息隐藏算法。利用单同态加密在加密域内直接对图像进行操作,将图像分成大小相同的块,每块图像的像素根据位置关系进行分组,通过对互不重叠的4个相邻像素作差建立分块差值直方图,再选取两侧边缘值作为嵌入位置以提高嵌入容量。实验结果表明,该算法在提高信息嵌入率的同时可保证直接解密后的图像具有较高的PSNR值,并且能够完全恢复载体图像。     

图像空域可逆信息隐藏研究进展

可逆信息隐藏是信息隐藏技术的重要分支,它不仅能从含密载体中提取秘密信息,还能无损地还原原始载体。以图像空域为载体的可逆信息隐藏研究根据图像是否被加密可分为明文域和密文域。早期,该领域研究基本在明文域开展,在保证可逆嵌入的前提下,着重提高嵌入容量与减少嵌入失真。随着人们日益重视隐私保护和数据安全,密文域的信号处理引起广泛关注。密文域可逆信息隐藏结合加密技术和可逆信息隐藏技术,从而达到载体内容保护和秘密信息传递的双重目的。本文梳理现有的相关文献,分别对明文域和密文域的研究进行归纳与分析,按照时间先后顺序帮助理清各类方法的发展脉络及其关联。首先,概括明文域的经典方法,包括差值扩展、直方图平移、预测误差扩展和多直方图修改4种方法及其改进版本。其次,阐述密文域中基于加密后腾出空间、加密前预留空间和通过加密腾出空间3类方法的研究进展。再次,总结指出明文域的研究趋向于减少嵌入失真,而密文域的研究趋向于提高嵌入容量,其在鲁棒性及安全性方面的进展则相对缓慢。最后,结合当前研究面临的实际问题,如载体多元化、有损信道传输和安全性等,进一步展望未来的研究趋势。总之,可逆信息隐藏研究的有效性与实用性仍有待提高,面向不同应用需求时,亟需学者提出新的理论支撑与评价体系。     

基于图像秘密共享的密文域可逆信息隐藏算法

针对当前密文域可逆信息隐藏算法嵌入秘密信息后的携密密文图像的容错性与抗灾性不强,一旦遭受攻击或损坏就无法重构原始图像与提取秘密信息的问题,提出了一种基于图像秘密共享的密文域可逆信息隐藏算法,并分析了该算法在云环境下的应用场景。首先,将加密图像分割成大小相同的n份不同携密密文图像。然后,在分割的过程中将拉格朗日插值多项式中的随机量作为冗余信息,并建立秘密信息与多项式各项系数间的映射关系。最后,通过修改加密过程的内置参数,实现秘密信息的可逆嵌入。当收集k份携密密文图像时,可无损地恢复原始图像与提取秘密信息。实验结果表明,所提算法具有计算复杂度低、嵌入容量大和完全可逆等特点。在（3,4）门限方案中,所提算法的最大嵌入率可达4 bpp;在（4,4）门限方案中,其最大嵌入率可达6 bpp。所提算法充分发挥了秘密共享方案的容灾特性,在不降低秘密共享安全性的基础上,增强了携密密文图像的容错性与抗灾性,提高了算法的嵌入容量与云环境应用场景下的容灾能力,保证了载体图像与秘密信息的安全。     

基于密文医学图像的可逆信息隐藏算法

针对现有算法嵌入容量低以及应用于医学图像时效果不稳定的问题,提出一种基于斜线分组和梯度算子的密文医学图像的可逆信息隐藏算法。算法利用按位异或操作对医学图像加密,接着对密文图像分块,每块再斜线分为4组,根据待嵌入2比特信息翻转对应像素组的最低3位有效位（3LSBs）。接收端先解密图像,然后根据信息隐藏密钥和梯度算子恢复原始图像并提取信息。实验结果显示,算法能无损地恢复原始医学图像,准确地提取嵌入信息,在分块大小相同的情况下,有更好的嵌入容量,更高的PSNR值和更低的信息提取错误率。     

定长编码和哈夫曼编码的密文域可逆信息隐藏

目的密文域可逆信息隐藏是一种可以在加密图像中嵌入秘密信息、保证秘密信息可以无错提取以及明文图像可以无损恢复的技术,越来越受到研究者们的关注,并广泛应用于云服务器端的用户隐私保护。针对密文域可逆信息隐藏算法中嵌入率不高的问题,提出一种联合定长编码和哈夫曼编码的密文域可逆信息隐藏算法。方法使用定长编码与哈夫曼编码相结合的分组编码方式对原始明文图像高位平面进行压缩,通过重排列将空出空间排放在低位平面中,并使用流密码加密重排后的图像。然后将秘密信息嵌入密文图像低位平面的空出空间中。合法接收方可分离地实现秘密信息的无错提取以及原始明文图像的无损恢复。结果实验结果表明,所提算法的嵌入率在UCID(an uncompressed color image database)、BOSSBase(Break Our Steganographic System)和BOWS-2(Break Our Watermarking System 2nd)这3个数据集上达到2.123 4 bit/像素、2.410 7 bit/像素和2.380 3 bit/像素,分别比同类算法高出0.246 6 bit/像素、0.088...     

基于自适应MSB与差值预测的大容量密文域可逆信息隐藏算法

为提高密文域可逆信息隐藏（reversible data hiding in encrypted images,RDH-EI）的嵌入容量,提出了一种基于自适应MSB（most significant bit）与差值预测的RDH-EI方案。首先将图像进行分块,然后进行块级加密和置乱以抵抗对于加密图像的分析。在嵌入数据阶段,对于自适应MSB预测的方法进行改进,将没有嵌入数据的块,利用部分块内像素之间差值很小的特点采用自适应差值预测的方法嵌入数据,以块中左上角像素为目标像素,用于预测其他像素从而腾出更多的嵌入空间。实验结果表明,所提方法具有可逆性和可分离性,并且在自适应MSB预测方法的基础上进一步提高了嵌入容量,对于512×512大小的灰度图像,平均嵌入容量提高了大约7 445 bit。     

明文图像可逆信息隐藏综述

图像可逆信息隐藏作为信息隐藏的重要分支,发展至今已近三十年,因其独有的图像无损恢复能力,一直备受医学、司法、军事等重点领域的青睐。然而现有可逆信息隐藏研究成果繁多,迁移知识广泛,本文简要梳理可逆信息隐藏的发展脉络,在回顾经典算法的基础上,加以简化、注释,总结成功经验,展望潜在应用,以期为研究者提供一个按图索骥的探索路径。本文主要包括3个部分,分别为位图（Bitmap,BMP）图像的可逆信息隐藏（适用于空域嵌入操作）、JPEG （Joint Photographic Experts Group）图像的可逆信息隐藏（适用于频域和编码域嵌入操作）和鲁棒可逆水印（适用于扩展性研究）。通过近百篇高影响力文献的梳理可知,可逆研究的受众广泛、基础深厚,其严谨的数学定义和简明的机理论证是深受研究者推崇和坚持的重要原因。“干净、简明”的特点也是其能够与现实应用有效结合的强力抓手。增加可逆算法对于载体多样性的普适性研究,引入新的评价指标来导引算法与现实应用的融合,将是未来可开拓的方向。可逆信息隐藏技术能够恢复图像初始状态,其独特之处在于图像本身就是一个复杂语义的信息表达。这既要求可逆嵌入操作所施加的影响不能改变图像所表达的主要语义,又要求该操作是可消除的,保留溯源能力,将内容的信息表达权始终交由图像本身。这一特点不仅为敏感领域信息处理所亟需,也是其他常见领域并不排斥的。严格来说,一定程度上的复原本就是事物发展到一定阶段后的必然追求。据此,本文认为推广可逆研究与多学科融合解决更难、更广泛的问题,实现长远发展,是完全必要且可行的。     

基于R-LWE的密文域多比特可逆信息隐藏算法

密文域可逆信息隐藏是一种以密文为载体进行信息嵌入与提取,同时能够对嵌入信息后的密文进行无失真解密并恢复出原始明文的信息隐藏技术,具有隐私保护与信息隐藏双重功能,在密文域数据处理与管理中具有较好的应用前景.因此,提出了一种基于R-LWE(ring-learning with errors)的密文域多比特可逆信息隐藏方案.首先使用R-LWE算法对载体明文进行快速高强度加密,然后通过对单位比特明文在密文空间映射区域的重量化以及对应密文的再编码,实现了在密文中嵌入多比特隐藏信息;嵌入信息时,根据加密过程中的数据分布特征来进行嵌入编码,保证了加解密与信息提取的鲁棒性;解密与提取信息时,先计算量化系数,而后采用不同的量化标准分别进行解密或信息提取,实现了解密与提取过程的可分离.分析方案的正确性时,首先推导方案出错的概率,说明了算法中引入的噪声的标准差对方案正确性的影响,然后结合理论分析与实验得出了保证方案正确性的噪声标准差的取值区间;通过推导嵌入后密文的分布函数,分析密文统计特征的变化,论证了密文中嵌入隐藏信息的不可感知性.实验结果表明：该文方案不仅能够实现嵌入后密文的无差错解密与秘密信息的可靠提取,并且单位比特明文在密文域能够负载多比特隐藏信息,密文嵌入率最高可达到0.2353bpb.